本发明公开了一种微通道板日盲紫外波段光谱灵敏度测量装置及方法。装置包括紫外灯、单色仪、光栏、紫外光窗、紫外阴极、MCP1、MCP2、电流表、收集极、测试电源以及真空室。测量时紫外灯发射紫外光，经过单色仪变为单色紫外光，单色光经过光栏以后穿过紫外光窗进入真空室，之后透过紫外阴极窗到达金膜，激发金膜发射光电子，光电子在电场的作用下向MCP1方向运动，经过MCP1光电转换，产生光电子，光电子再经过MCP1和MCP2的级联倍增，输出阳极电流。本发明分别测量紫外阴极的阳极电流和测试样品的阳极电流、通过计算得出日盲紫外波段的光谱灵敏度。本发明有助于推动MCP紫外成像器件在日盲紫外波段的广泛深入地应用。
1.一种微通道板日盲紫外波段光谱灵敏度测量方法，其特征在于，测量包括以下步骤：
①准备微通道板日盲紫外波段光谱灵敏度测量装置，该测量装置包括紫外灯、单色仪、光栏、紫外光窗、紫外阴极、MCP1、MCP2、电流表、收集极、测试电源以及真空室；
还包括机械手、MCP测试夹具、紫外灯电源以及真空引线柱；
所述测试电源起给紫外阴极、MCP1、MCP2以及收集极供电的作用，它在紫外阴极、MCP1输入端、MCP2输出端以及收集极之间建立起由低到高的电位，为紫外阴极发射的光电子运动提供电场，同时也为紫外阴极、MCP1和MCP2以及收集极提供所需的工作电流；
所述测试电源包括V1、V2、V3以及V4共4路输出，分别连接紫外阴极、MCP1输入端、MCP2输出端以及收集极；其中，V1输出接地，V2、V3及V4输出电压可调；真空室起提供真空测量条件的作用；
所述紫外阴极包括紫外阴极夹具、紫外阴极窗以及金膜；
所述紫外阴极夹具起安装紫外阴极窗以及金膜并导通金膜的作用；
所述MCP测试夹具起安装MCP1和MCP2并分别导通MCP1输入端以及MCP2输出端的作用；
②打开真空室，在阴极测试夹具上安装好紫外阴极，该紫外阴极包括紫外阴极窗和金膜；安装时将紫外阴极的金膜一端正对MCP1，紫外阴极窗的一端正对紫外灯；
之后在MCP测试夹具上安装MCP1和MCP2；MCP2采用与MCP1同型号的MCP；安装MCP时，将两片MCP依次堆叠在一起，即将MCP1的输出端与MCP2的输入端贴合在一起，使MCP1的输入端正对紫外阴极，MCP2的输出端正对收集极；
在紫外阴极以及MCP安装完成以后，关闭真空室，启动真空泵；
再打开测试电源，分别调节测试电源的各路输出电压至适宜的电压数值；
当紫外阴极发射光电子、MCP1、MCP2以及收集极正常工作后，从电流表上查看电流显示，当电流稳定时，老化完成；
3)紫外阴极的阳极电流测试过程该过程为紫外阴极的阳极电流I1(λ)测试，I1(λ)为在波长λ处对应紫外阴极光电发射的阳极电流；
然后分别调节测试电源各路输出电压至适宜的电压数值；
当紫外阴极、MCP1、MCP2以及收集极正常工作、电流表呈现一个稳定的电流值时，该电流即为I1(λ)；
4)测试样品的阳极电流测试过程该过程为测试样品MCP1阳极电流I2(λ)测试，I2(λ)为在波长λ处对应MCP1光电发射的阳极电流；
当MCP1、MCP2以及收集极正常工作以后、电流表呈现一个稳定的电流值时，该电流即为I2(λ)；
根据下式计算出MCP1的光谱灵敏度R(λ)：式中：R(λ)为在波长λ的MCP光谱灵敏度，R0(λ)为在波长λ的紫外阴极的光谱响应。
2.如权利要求1所述的光谱灵敏度测量方法，其特征在于，所述的MCP老化过程、紫外阴极的阳极电流测试过程及测试样品的阳极电流测试过程的测试电源的各路输出电压数值按照表格：
测试过程名称 V1(单位V) V2(单位V) V3(单位V) V4(单位V)MCP老化过程 0 100 1700 1750紫外阴极的阳极电流测试过程 0 100 1700 1750测试样品的阳极电流测试过程 0 0 1600 1650进行设定。
一种微通道板日盲紫外波段光谱灵敏度测量装置及方法
技术领域
[0001] 本发明属于真空光电成像器件领域，具体涉及一种微通道板日盲紫外波段光谱灵敏度测量装置及方法。
背景技术
[0002] 微通道板(Micro Channel Plate，MCP)是一种大面阵的通道电子倍增器，由无数根空芯通道所组成。从MCP输入端进入通道的电子在通道内进行二次电子倍增，之后从输出
端输出倍增几千甚至上万倍的电子，从而实现电子数量的倍增。MCP的每一根通道相当于一
个像素，因此MCP是一种电子倍增成像器件。
[0003] MCP除具有电子倍增成像的作用外，还具有对紫外光图像进行光电转换的作用。利用MCP光电转换的特性，就可以将入射到MCP输入端上的紫外光图像转变为电子图像，该电
子图像经过MCP倍增、荧光屏转换、CDD接收以及显示等，最终实现紫外光图像的成像。
[0004] 典型的MCP紫外成像器件结构包括输入窗、MCP、荧光屏、光锥、CCD以及显示器等。其中，输入窗的作用是为了透过紫外光，同时也为了真空密封，这是因为MCP需要工作在真
空状态下；光锥的作用是将荧光屏产生的光学图像传递到CCD器件的光敏面上；CCD器件的
作用是再次成像；显示器的作用是进行图像显示和放大。在地面上使用的MCP紫外成像器件
采用石英窗或蓝宝石窗、氟化镁窗，但在太空中使用的MCP紫外成像器件却不需要输入窗。
[0005] 尽管理论上讲，MCP紫外成像器件在日盲紫外波段有更广泛的应用，但由于目前缺少科学地测量其在日盲紫外波段的光谱灵敏度的测量装置及测量方法，因此导致业界对
MCP光电转换的研究还不充分，所以就限制了MCP紫外成像器件在日盲紫外波段的广泛和深
入地应用。
发明内容
[0006] 针对这一技术问题，本发明提出了一种微通道板日盲紫外波段光谱灵敏度测量装置及方法，以解决MCP的日盲紫外波段光谱灵敏度的测量问题，力求推动MCP紫外成像器件
在日盲紫外波段的广泛深入地应用。
[0007] 本发明的微通道板日盲紫外波段光谱灵敏度测量装置包括：紫外灯，单色仪，光栏，紫外光窗，紫外阴极，MCP1，MCP2，电流表，收集极，测试电源以及真空室。其中，紫外灯起
提供紫外光的作用；单色仪起提供单色光的作用；光栏起限制紫外光束和遮挡杂散光的作
用；紫外光窗起透过紫外光和真空密封的作用；紫外阴极起光电转换的作用；MCP1为测试样
品，起光电转换的作用；MCP2起电流再放大的作用；电流表起测量阳极电流的作用；收集极
起收集阳极电流的作用；测试电源起给紫外阴极、MCP1、MCP2以及收集极供电的作用，它在
紫外阴极、MCP1输入端、MCP2输出端以及收集极之间建立起由低到高的电位，为紫外阴极发
射的光电子运动提供电场，同时也为紫外阴极、MCP1和MCP2以及收集极提供所需的工作电
流；测试电源包括V1、V2、V3以及V4共4路输出，分别连接紫外阴极、MCP1输入端、MCP2输出端
以及收集极；其中，V1输出接地，V2、V3及V4输出电压可调；真空室起提供真空测量条件的作
用。
[0008] 进一步地，所述紫外阴极包括紫外阴极夹具、紫外阴极窗以及金膜，紫外阴极夹具起安装、紫外阴极窗以及金膜并导通金膜的作用，紫外阴极窗起支撑金膜的作用；金膜具体
实现光电转换。
[0009] 还包括机械手，所述机械手起移动紫外阴极夹具的作用。
[0010] 还包括MCP测试夹具，所述MCP测试夹具起安装MCP1和MCP2并分别导通MCP1输入端以及MCP2输出端的作用。
[0011] 还包括紫外灯电源，所述紫外灯电源起给紫外灯供电的作用。
[0012] 还包括真空引线柱，所述真空引线柱起真空室内外电流导通的作用。
[0013] 本发明的微通道板日盲紫外波段光谱灵敏度测量装置的工作过程为：
[0014] 紫外灯发射紫外光，经过单色仪以后变为单色紫外光，单色光经过光栏以后穿过紫外光窗进入真空室，之后透过紫外阴极窗到达金膜，激发金膜发射光电子，光电子在电场
的作用下向MCP1方向运动，经过MCP1光电转换，产生光电子，光电子再经过MCP1和MCP2的级
联倍增，输出强度足够高的阳极电流，该电流被收集极收集，最后流回到工作电源，形成完
整的回路。
[0015] 本发明的微通道板日盲紫外波段光谱灵敏度测量方法包括：
[0016] 1)准备阶段
[0017] 打开真空室，在阴极测试夹具上安装好紫外阴极(包括紫外阴极窗和金膜)；安装时将紫外阴极的金膜一端正对MCP1，紫外阴极窗的一端正对紫外灯；
[0018] 之后在MCP测试夹具上安装MCP1和MCP2；MCP2采用与MCP1同型号的MCP；安装MCP时，将两片MCP依次堆叠在一起，即将MCP1的输出端与MCP2的输入端贴合在一起，使MCP1的
输入端正对紫外阴极，MCP2的输出端正对收集极；
[0019] 在紫外阴极以及MCP安装完成以后，关闭真空室，启动真空泵；
[0020] 当真空室的真空度达到要求时，开始进行下一步骤；
[0021] 2)MCP老化过程
[0022] 首先将单色仪从测试装置的光路中移除；
[0023] 然后打开紫外灯电源，使紫外灯正常工作；
[0024] 再打开测试电源，分别调节测试电源的各路输出电压至适宜的电压数值；
[0025] 当紫外阴极发射光电子、MCP1、MCP2以及收集极正常工作后，从电流表上查看电流显示，当电流稳定时，老化完成；
[0026] 3)紫外阴极的阳极电流测试过程
[0027] 该过程为紫外阴极的阳极电流I1(λ)测试，I1(λ)为在波长λ处对应紫外阴极光电发射的阳极电流；
[0028] 首先设置单色仪输出辐射的波长为λ；
[0029] 然后分别调节测试电源各路输出电压至适宜的电压数值；
[0030] 当紫外阴极、MCP1、MCP2以及收集极正常工作、电流表呈现一个稳定的电流值时，该电流即为I1(λ)；
[0031] 4)测试样品的阳极电流测试过程
[0032] 该过程为测试样品MCP1阳极电流I2(λ)测试，I2(λ)为在波长λ处对应MCP1光电发射的阳极电流；
[0033] 首先利用机械手将紫外阴极移除光路；
[0034] 然后调节测试电源各路输出电压至适宜的电压数值；
[0035] 当MCP1、MCP2以及收集极正常工作以后、电流表呈现一个稳定的电流值时，该电流即为I2(λ)；
[0036] 5)计算光谱灵敏度
[0037] 根据下式计算出MCP1的光谱灵敏度R(λ)：
[0038]
[0039] 式中：R(λ)为在波长λ的MCP光谱灵敏度，R0(λ)为在波长λ的紫外阴极的光谱响应。
[0040] 本发明的微通道板日盲紫外波段光谱灵敏度测量装置及测量方法的测试原理是以紫外阴极(金膜阴极)的光谱灵敏度作为参照，并利用两级MCP的级联倍增来放大MCP1所
发射的光电流，从而测量出MCP1的光谱灵敏度。之所以采用两片MCP进行级联倍增对光电流
进行放大，是因为MCP1的光谱灵敏度较低，所产生的光电流也较低。为了提高光电流的测量
准确度，采用两级MCP的倍增方式进行电流放大。
[0041] 本发明的微通道板日盲紫外波段光谱灵敏度测量装置及测量方法的有益效果是：
[0042] 由于获得了MCP在日盲紫外波段的光谱灵敏度数据，提高了人们对MCP在日盲紫外波段光电效应特性的认识，使得MCP日盲紫外探测器在紫外辐射强度的标定、指纹鉴别、紫
外通讯等方面得到了极大的推广应用。
附图说明
[0043] 图1为现有技术的MCP紫外成像器件的组成示意图
[0044] 图2为本发明的微通道板日盲紫外波段光谱灵敏度测量装置及测量方法的示意图其中：1、输入窗；2、紫外光图像；3、MCP；4、输出电子图像；5、荧光屏；6、光锥；7、CCD器件；8、
显示器；9、紫外灯；10、紫外灯电源；11、单色仪；12、光栏；13、紫外光窗；14、紫外光；15、紫外
阴极夹具；16‑1、紫外阴极窗；16‑2、金膜；17、机械手；18、光电子；19、MCP测试夹具；20‑1、
MCP1；20‑2、MCP1输入端；20‑3、MCP1输出端；21‑1、MCP2；21‑2、MCP2输入端；21‑3、MCP2输出
端；22、阳极电流；23、收集极；24、真空引线柱；25、真空室；26、电流表；27、测试电源。
具体实施方式
[0045] 为了对本发明的微通道板日盲紫外波段光谱灵敏度测量装置及测量方法进行详细说明，为简明起见，下面仅以测量260nm波长的MCP光谱灵敏度作为具体实施例来详细说
明，作为本领域技术人员，应该能够认同在具体实施时，只要选用的紫外灯和单色仪能够覆
盖日盲紫外波段，在该波段内的测量均可实现并均具有相同的技术效果。
[0046] 如图2所示，在本实施例中：
[0047] 紫外灯采用激光泵浦气体放电灯，型号为EQ‑99X，制造厂家为美国ENEREGTIQ公司。
[0048] 单色仪采用光栅单色仪，型号为Omni‑λ‑300，制造厂家为北京卓立汉光仪器有限公司。
[0049] 光栏尺寸为Φ17mm。
[0050] 紫外阴极为北京高能物理研究所制造，型号为AU‑1。
[0051] 紫外光窗为石英窗，型号为CF50，直径为Φ50mm。
[0052] 紫外阴极夹具、MCP测试夹具以及真空室采用304#不锈钢进行制造，为专用自制装置，其中真空室内腔尺寸为Φ150mm×200mm。
[0053] 机械手为传统的波纹管真空机械手。
[0054] 真空引线柱为传统的陶瓷绝缘真空引线柱。
[0055] 收集极为不锈钢片，尺寸为Φ18mm×0.5mm。
[0056] 电流表为KEITHLEY皮安表，型号为6487，生产厂家为美国Tektronix公司。
[0057] 测试电源包括V1、V2、V3以及V4共4路输出，分别连接紫外阴极(金膜)、MCP1输入端、MCP2输出端以及收集极。其中V1输出接地；V2输出电位可调，最大电位为100V，最大电流
为10μA；V3输出电位可调，最大电位为1700V，最大电流为10μA；V4输出电位可调，最大输出
为1750V，最大电流为10μA。
[0058] 表1测试过程中单色仪及紫外阴极设置要求以及测试电源电压值设置表
[0059]
[0060] 表1中：“×”表示移除，“√”表示加入并开启，V2、V3和V4的电压设置值允许在±10％范围内设定。
[0061] 真空室起提供真空测量条件的作用；真空室的真空利用传统的涡轮分子泵与机械泵组合的真空机组来获得。
[0062] 具体测量方法：
[0063] 1)准备阶段
[0064] 打开真空室，在阴极测试夹具上安装紫外阴极。
[0065] 紫外阴极窗为熔融石英窗，直径为Φ20mm，厚度为1mm，金膜厚度为5nm。
[0066] 安装时将紫外阴极的金膜一端正对MCP1，紫外阴极窗的一端正对紫外灯。
[0067] 之后在MCP测试夹具上安装MCP1和MCP2。
[0068] MCP采用Φ18mm超二代像增强器所使用的MCP，直径为Φ25mm，厚度为0.3mm，孔径为Φ6μm，型号为Φ25/6‑BM，制造厂家为北方夜视技术股份有限公司。
[0069] 安装MCP时，将MCP1的输出端与MCP2的输入端堆叠在一起，使MCP1的输入端正对紫外阴极，MCP2的输出端正对收集极。
[0070] 在紫外阴极以及MCP安装完成以后，关闭真空室，启动真空泵抽真空。
[0071] 1.5小时后，真空室的真空度达到2.6×10‑5托，此时准备阶段完成。
[0072] 2)MCP老化过程
[0073] 如图2所示，将单色仪从测试仪的光路中移除。
[0074] 打开气体放电灯电源，使气体放电灯正常工作。
[0075] 打开测试电源，按照表1的测试电源电压值设置要求分别调节测试电源输出电压，使紫外阴极、MCP1和MCP2以及收集极正常工作。
[0076] 12小时后，阳极电流稳定到7.3μA，此时老化过程完成，关闭测试电源。
[0077] 3)紫外阴极的阳极电流测试过程
[0078] 将单色仪重新移回到测试装置的光路中，设置单色仪输出辐射波长为260nm。
[0079] 按照表1的测试电源电压值设置要求分别调节测试电源输出电压，使紫外阴极、MCP1和MCP2以及收集极正常工作，此时电流表中的电流值为141nA，该值即为I1(260nm)。
[0080] 测试完成以后，关闭测试电源。
[0081] 4)测试样品的阳极电流测试过程
[0082] 利用机械手将紫外阴极移除光路。
[0083] 保持单色仪输出辐射的波长为260nm。
[0084] 按照表1的测试电源电压值设置要求分别调节测试电源输出电压。
[0085] 在MCP1和MCP2以及收集极正常工作后，电流表中的电流值为124nA，该值即为I2(260nm)。
[0086] 测试完成以后，关闭测试电源。
[0087] 5)计算光谱灵敏度
[0088] 根据下式计算出MCP1的光谱灵敏度R(λ)：
[0089]
[0090] 式中：R(λ)为在波长λ的MCP光谱灵敏度，R0(λ)为在波长λ的紫外阴极的光谱响应。
[0091] 计算时采用的R0(260nm)值为1.34μA/W，该值由紫外阴极的生产厂家标定并提供。
[0092] R(260nm)＝1.34×(124÷141)＝1.18μA/W(保留2位小数)。
[0093] 因此，计算出测试样品MCP1的λ＝260nm的光谱灵敏度R(260nm)为1.18μA/W。
